地磁觀測數據中人工電磁干擾抑制技術研究

謝 凡

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

地磁觀測數據中人工電磁干擾抑制技術研究

謝 凡

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

地磁觀測數據不僅具有學術研究意義，也是不可或缺的國家基礎戰略資源。但是，目前我國地磁臺網中，近1/3地磁臺站正日益受到由外界人工電磁干擾源的干擾，產出的地磁觀測數據質量下降。

本文系統地調研分析了我國地磁臺網中常見的人工電磁干擾源及其在全國地磁臺站的分布情況。研究了這類常見干擾源的干擾影響機理和模式。進而“對癥下藥”，引入適當的數字信號處理方法對干擾進行辨識和抑制。

論文的主要研究內容包括：

（1）在直流供電城市軌道交通干擾模型方面，采用經典的真空中的線電流磁場計算模型，通過簡潔的代數表達式來對軌道交通干擾的遠場干擾模型進行建模。該模型計算遠場任意一點受到的干擾的數值大小，模擬了隨時間變化的干擾變化曲線和隨垂直距離變化的干擾衰減曲線。通過對天津地鐵干擾的理論計算和實地觀測表明，該模型模擬干擾值和實際干擾幅度相吻合。

（2）將獨立分量分析技術作為一種數據分析工具引入地磁數據軌道交通干擾辨識。使用滿足統計意義上獨立并且正交的線性變換矩陣對地磁觀測臺陣中對含有軌道交通干擾的多通道觀測數據提取獨立分量。通過功率譜分析以及時頻分析方法提取與軌道交通干擾特征一致的獨立分量成分。通過對混合矩陣的逆變換，剝離觀測信號中的軌道交通干擾。

（3）提出了適用于軌道交通干擾的小波域噪聲閾值抑制模型及方法。采用小波域噪聲閾值抑制模型及方法對天津靜海臺受軌道交通干擾的地磁數據進行抑制。采用小波域尺度間模型對晚間未受干擾時間段進行提取，采用尺度內模型對各受干擾尺度閾值進行有效估算并進行抑制。該方法利用信號本身或者一些參考信號的先驗知識對小波系數建立更準確的模型，同時在整體問題的不同層次上，把多種濾波方法有機結合起來，以取得最優濾波效果。在結果分析中引入多種評價方法對抑制結果進行了多角度的對比。

（4）將數學形態學濾波這類非線性數據濾波方法應用于偶發性隨機干擾中鐵磁性物質運動所產生的脈沖狀干擾以及儀器噪聲干擾抑制。構造了適用于這類干擾結構特征的形態學濾波器。通過地磁數據的數值模擬，驗證了該數學形態學濾波器具有抑制脈沖干擾地磁信號噪聲，降低儀器噪聲干擾，保留地磁信號特征，提高地磁信號信噪比等良好的特性。最后通過對實際受干擾地磁信號的處理，取得較好效果。

（5）把極值特征尺度引入地電干擾辨識技術作為主要參數。并采用預白化技術在原始地磁數據中加入正態分布的白噪聲的輔助技術來達到輸入信號、噪聲以及系統非線性三者之間達到最佳的匹配關系，使得地電干擾的極值特征尺度的辨識方法更為穩定和精確。

（6）開發了地磁數據干擾抑制系統。使用基于MATLAB的核心干擾識別和抑制算法以組件對象技術（COM）的形式提供給該系統調用。在系統架構上采用Windows DNA架構。在界面的開發上采用微軟成熟的MFC架構。同時給出了系統架構模型及關鍵技術實現。這一系統及其各模塊實現技術具有高效靈活、便捷、交互性好等特點，在地磁數據處理領域具有一定的推廣價值。

地磁干擾抑制；軌道交通干擾模型；小波域噪聲閾值抑制模型；獨立分量分析；數學形態學；地電干擾；極值特征尺度；MATLAB

（作者電子信箱，謝凡：xiefan＠cea-igp.ac.cn）

P318.6；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.01.019